MES在各行業(yè)中的需求與解決方案（四）

羅克韋爾自動化（中國）有限公司 華镕

基于典型應用的MES模塊部署實例

在前面的幾期中，根據(jù)IEC62264的標準，MES模塊是按行業(yè)進行分類的，本期文章給出了幾個特定行業(yè)應用實例需要特別考慮的兩個內容。

今天，與制造執(zhí)行系統(tǒng)相關的解決方案已經“有機”地開發(fā)了很多年，且有各種應用。隨著時間的推移，在兩個主要工業(yè)：“制造業(yè)”和“流程工業(yè)”已出現(xiàn)了顯著的差異。然而，即使在每個行業(yè)，特殊和應用特定的變體已經建立。它們這些發(fā)展和歷史將在下面介紹。

行業(yè)特定的MES相關變化可以用IEC62264過程模型的結構來體現(xiàn)。由于MES模塊和解決方案的不斷成熟，技術已經出現(xiàn)了跨多個應用領域的使用。在過去幾年中，這種發(fā)展趨勢沒有例外，通常用于制造工業(yè)和過程工業(yè)的許多自動化功能都已經用硬件和軟件組件（PLC、DCS）實現(xiàn)。此外，以前完全獨立的兩條產品線，現(xiàn)在已可以在兩個行業(yè)中互用。

為了更好地讓讀者理解，下面的內容首先提供相應典型運行過程的一般描述，隨后通過各個業(yè)務活動的表格描述MES模塊是如何支持生產、質量、維護和庫存管理的。

為了關聯(lián)所描述MES模塊的功能和應用，以下一般運行過程的描述給出了對各個行業(yè)主要特點簡單而直接的敘述。

活性藥物成分生產

在制藥工業(yè)中，活性成分通過化學或生物過程生產（植物提取物、化學合成或生物技術發(fā)酵）。制造過程必須符合政府的法規(guī)，這一般概括成所謂的“現(xiàn)行良好生產實踐”（cGMP）。

在下面活性成分化學生產的例子中，展示了在自動批處理控制的柔性多產品工廠中，運行要求和應用MES模塊的可能性。重點是生產管理。

典型運行一般描述

基于對活性成分的需求，成分的管理和預測在ERP系統(tǒng)中完成，成分的生產由MES組織實施。

每個產品也許已有了生產配方，或者要為產品創(chuàng)建新的配方。根據(jù)工廠自動化的程度，可以基于操作員的指令實現(xiàn)生產配方或者由過程自動化系統(tǒng)實現(xiàn)基本配方（如圖1所示） 。除了配料量和工藝控制參數(shù)，該配方包括設備的互連要求、手動執(zhí)行步驟（SOP：標準操作規(guī)程）工作說明書、處理危險材料的安全說明和質量控制要求，包括采樣（IPC：在線過程控制，PM：過程監(jiān)視）。作為符合cGMP的一部分，該配方有版本控制，并要求有生產管理和質量保證部門的批準。

圖1 在MES配方編輯器中，集成了MES（綠色）和DCS（藍色）的配方定義和管理

（1）生產調度要求

· 所需工藝設備（劑量容器、反應器、填充站等）的選擇和分配，需要的柔性設備互連，以及可用的移動設備規(guī)劃和分配。

· 檢查誰獲得了有關標準操作規(guī)程（SOP）和處理產品有害物質培訓的資格證書。

· 在適當?shù)臅r間需要檢查成分的可用性。

· 把生產分為多個生產批次。

· 為了把各個成分容器（大袋、桶）手動添加到該過程，生成稱重和運輸工單。

· 為在線過程控制（IPC）和過程監(jiān)視（PM）的樣品生成實驗室檢測工單。

（2）生產準備要求

· 檢查計劃使用的設備是否清潔可用，還是 “干凈”的狀態(tài)已經過期，需要在使用前進行清洗。制作設備狀態(tài)文件。

· 建立柔性設備互連和移動設備的分配。為了保證質量，檢查和制作互連文件。

（3）生產執(zhí)行要求

· 根據(jù)生產的配方生產各個批次，既可以用配方中包含的指令通過手動操作，也可以用DCS自動執(zhí)行配方。在這兩種情況下，必須符合cGMP文檔中的“誰做什么和什么時間做”。

· 質量相關工藝參數(shù)的cGMP符合文件，作為符合活性成分藥物批次生產的證明文件。

· 成分容器符合cGMP在正確時間和位置進行稱重（如圖2所示）、記錄、標簽和運輸。

· 在正確時間，把正確的容器放到計劃的生產批次。該釋放必須符合cGMP標準，即通過操作員確認和監(jiān)督員驗證或自動驗證，如通過條形碼。

· 樣品采集并生成檢測工單。

圖2 在配方材料稱重期間，使用移動或固定操作員終端的操作員界面

（4）生產評價要求

· 為了允許QA快速發(fā)送批量，當時識別質量相關的批量偏差。

· 額外的運行評估，例如，最小化批次周期時間和產量的變動。

（5）經濟背景

一般來說，活性藥物成分是高價值產品。失去一個批次可能會造成六位數(shù)的損失。

通過MES功能支持運行

（1）資源管理

（2）定義管理

（3）詳細調度

（4）分派

（5）執(zhí)行管理

（6）數(shù)據(jù)收集

（7）跟蹤

（8）分析

華镕，男，1982年畢業(yè)于北京科技大學自動化系，現(xiàn)任羅克韋爾自動化（中國）有限公司全球標準及貿易部中國地區(qū)經理。

圖3 部分設定畫面

對于重量信號的處理中，由于稱量信號存在干擾，需要對信號進行濾波處理，并判斷信號是否穩(wěn)定，讀數(shù)是否準確。在PLC程序中，對于稱重模塊反饋回來的重量數(shù)據(jù)進行了相應的處理，使其重量數(shù)值精確、穩(wěn)定度高。

5 效果分析

該設備現(xiàn)場調試結束后在最終用戶處實際包裝粉料，充填稱重重量誤差小且穩(wěn)定，整機性能穩(wěn)定、運行效率高，超預期完成客戶的使用要求。